DE69816915T2

DE69816915T2 - Motorsteuereinrichtung für eine Baumaschine

Info

Publication number: DE69816915T2
Application number: DE69816915T
Authority: DE
Inventors: Kazunori Niihari-gun Nakamura
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: CN1089837C; KR19990006773A; EP0884421A3; KR100313552B1; DE69816915D1; CN1201866A; EP0884421A2; JPH10339189A; US5878721A; JP3497060B2; EP0884421B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuersystem für eine Baumaschine und insbesondere ein Motorsteuersystem für eine Baumaschine, wie einen hydraulischen Bagger, bei der ein Dieselmotor mit einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung (einem elektronischen Regler) als Primärantrieb verwendet wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Eine Baumaschine, wie ein hydraulischer Bagger, weist im allgemeinen mindestens eine Hydraulikpumpe zum Antreiben mehrerer Stellglieder auf, und als Primärantrieb zum drehenden Antreiben der Hydraulikpumpe wird ein Dieselmotor verwendet. Die in den Dieselmotor eingespritzte Kraftstoffmenge und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung werden von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gesteuert. Mit der jüngsten Entwicklung der elektronischen Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wurde zusätzlich zur eingespritzten Kraftstoffmenge und dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auch die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit frei steuerbar. Dadurch wird eine gute Verbrennung realisiert, und die Motorleistung wird über einen breiten Bereich verbessert.
Bei einer in der JP, A, 1-121560 offenbarten Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Dieselmotor wird der Ventilöffnungsdruck beispielsweise so gesteuert, daß er in einem Bereich mit geringer Drehzahl und niedriger Last verringert wird, um die Einspritzgeschwindigkeit zu stabilisieren, und in einem Bereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last erhöht wird, um die Einspritzgeschwindigkeit zu stei gern und die Einspritzzeitspanne zu verkürzen, um die Erzeugung schwarzen Rauchs zu verhindern.
Ferner wurde der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung durch Bestimmen des optimalen Einspritzzeitpunkts in Abhängigkeit von einer Statusvariablen, wie einer mit der Drehung des Motors zusammenhängenden, die ebenfalls zum Erzielen einer guten Verbrennung beiträgt, frei steuerbar. Derartige Systeme sind in der EP-A-265 526 und der US-A-4 606 313 offenbart.
Ein früherer Kraftstoffeinspritzzeitpunkt sorgt für eine höhere Verbrennungstemperatur des in einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffs und damit zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz (einem verbesserten Kraftstoffverbrauch). Wie beispielsweise in „Mechanization of Construction" (Dezember 1996, Nr. 562) in dem Artikel mit dem Titel „Overview and Inspection/Servicing of Diesel Engine Adapted for Exhaust Gas Regulation (No. 2)", Seite 63 ausgeführt, besteht jedoch allgemein die Tendenz, daß NO_x, d. h. NO und NO₂ gemeinsam, die für verantwortlich für photochemischen Smog gehalten werden, während des Betriebs mit hoher Drehzahl und hoher Last erzeugt werden. Um das Abgas sauber zu halten, wird daher während des Betriebs mit hoher Drehzahl und hoher Last, bei dem die Tendenz zur Entstehung von NO_x besteht, ein Verfahren zur Verzögerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts verwendet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie vorstehend erwähnt, sollte bei der herkömmlichen elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Dieselmotor durch Steuern der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Motorlast und der Drehzahl des Motors eine gute Verbrennung realisiert werden. Es verhielt sich jedoch bisher so, daß die Motorlast anhand der Drehzahl des Motors und der eingespritzten Kraftstoffmenge geschätzt und nicht direkt genau erfaßt wurde. Dies führte zu dem Problem daß die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit nicht mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann und der Wirkung der Verbesserung der Verbrennung Grenzen gesetzt sind.
Ebenso ist bei einem für eine Baumaschine, wie einen hydraulischen Bagger, verwendeten Dieselmotor ein durch den Motor anzutreibendes Objekt eine Hydraulikpumpe. Wenn mehrere Stellglieder von einer Hydraulikpumpe angetrieben werden, verändern sich die Fördermenge und der Förderdruck der Hydraulikpumpe häufig, und die Last der Hydraulikpumpe, d. h. die Motorlast, schwankt. Wenn die Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit durch Schätzen der Last auf der Grundlage der Drehzahl des Motors und der in einen derartigen Dieselmotor eingespritzten Kraftstoffmenge erfolgt, kann dementsprechend die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit nicht mit einem guten Ansprechverhalten den Schwankungen der Last der Hydraulikpumpe entsprechend gesteuert werden, und es kann keine ausreichende Verbesserung der Verbrennung erzielt werden.
Ferner wird bei der herkömmlichen Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt durch Verzögern des Zeitpunkts des Beginns der Kraftstoffeinspritzung verzögert. Da der verzögerte Kraftstoffeinspritzzeitpunkt den Zeitpunkt des Endes der Kraftstoffeinspritzung verzögert, wird die gesamte Kraftstoffeinspritzperiode in bezug auf den Drehwinkel des Motors in einer Verzögerungsrichtung verschoben. Dementsprechend weicht die Kraftstoffeinspritzperiode in bezug auf den Drehwinkel des Motors von dem optimalen Winkelbereich ab. Dadurch sind auch der Wirkung einer Verbesserung der Verbrennung Grenzen gesetzt.
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuersystem für eine Baumaschine zu schaffen, durch das die Verbrennung in einem Dieselmotor zum drehenden Antreiben einer Hydraulikpumpe durch Steuern der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit den Schwankungen der Last entsprechend mit gutem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit verbessert und die Motorleistung gesteigert werden.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Motorsteuersystems für eine Baumaschine, durch das die Verbrennung in einem Dieselmotor zum drehenden Antreiben einer Hydraulikpumpe verbessert und die Motorleistung gesteigert werden, indem durch Steuern der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit bei minimaler Veränderung des Winkelbereichs der Kraftstoffeinspritzperiode in bezug auf den Drehwinkel des Motors eine Steuerung ausgeführt wird, die im Ergebnis einer Veränderung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts gleichkommt.

(1) Zur Lösung der vorstehend genannten ersten Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung ein Motorsteuersystem für eine Baumaschine mit einem Dieselmotor geschaffen, die mindestens eine von dem Motor drehend angetriebene Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen zum Antreiben mehrerer Stellglieder, eine Strömungsmengenvorgabeeinrichtung zur Vorgabe der Fördermenge der Hydraulikpumpe und eine elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Steuern der Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs umfaßt, wobei die elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein Kraftstoffeinspritzmengensteuerstellglied zur Steuerung der in den Motor eingespritzten Kraftstoffmenge aufweist und das Motorsteuersystem eine erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Statusvariable der Hydraulikpumpe, eine Lastberechnungseinrichtung zum Berechnen der Last der Hydraulikpumpe auf der Grundlage des von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßten Werts und eine Einspritzmengenberechnungssteuereinrichtung zur derartigen Betätigung des Kraftstoffeinspritzmengensteuerstellglieds umfaßt, daß die resultierende Kraftstoffeinspritzmenge von der Last der Hydraulikpumpe abhängt.

Da die Lastberechnungseinrichtung die Last der Hydraulikpumpe auf der Grundlage des von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßten Werts berechnet, kann die genaue Last bestimmt werden, die auf den Motor aufgebracht wird. Da die Einrichtung zur Steuerung der Berechnung der Einspritzgeschwindigkeit das Stellglied zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit so betätigt, daß die resultierende Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit von der Last der Hydraulikpumpe abhängt, kann die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit mit großer Genauigkeit gesteuert werden. Ebenso kann, auch wenn sich die Fördermenge und der Förderdruck der Hydraulikpumpe häufig ändern und die Last der Hydraulikpumpe (die Motorlast) schwankt, die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit der Lastschwankung folgend mit gutem Ansprechverhalten gesteuert werden. Dadurch wird eine Verbesserung der Verbrennung erzielt, und die Motorleistung wird gesteigert.

(2) Bei dem unter (1) beschriebenen System umfaßt die erste Erfassungseinrichtung vorzugsweise eine Einrichtung zur Erfassung des Förderdrucks der Hydraulikpumpe und eine Einrichtung zur Erfassung einer Neigungsposition der Hydraulikpumpe, und die Lastberechungseinrichtung berechnet die Last der Hydraulikpumpe auf der Grundlage der von der Einrichtung zur Erfassung des Förderdrucks und der Einrichtung zur Erfassung der Neigungsposition erfaßten Werte.

Durch dieses Merkmal kann die genaue Last, die auf den Motor aufgebracht wird, bestimmt werden, und die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit kann, ähnlich wie gemäß Punkt (1) der Last entsprechend mit gutem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit gesteuert werden.

(3) Bei dem unter (1) beschriebenen System umfaßt die erste Erfassungseinrichtung vorzugsweise eine Einrichtung zur Erfassung des Förderdrucks der Hydraulikpumpe, und die Lastberechnungseinrichtung kann die Last der Hydraulikpumpe auf der Grundlage des von der Einrichtung zur Erfassung des Förderdrucks erfaßten Werts und einer Sollneigung berechnen, die der von der Strömungsmengenvorgabeeinrichtung vorgegebenen Fördermenge der Hydraulikpumpe entspricht.

Da die Last der Hydraulikpumpe unter Verwendung der Sollneigung berechnet wird, die einen Wert vor einer tatsächlichen Änderung der Fördermenge der Hydraulikpumpe repräsentiert, wird das Ansprechverhalten der Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit nach Maßgabe der Schwankungen der Last der Hydraulikpumpe (der Motorlast) weiter verbessert, die Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit kann mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden, und eine weitere Verbesserung der Verbrennung kann erzielt werden.

(4) Zur Lösung der vorstehend genannten zweiten Aufgabe umfaßt das erfindungsgemäße Motorsteuersystem gemäß Punkt (1) ferner eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Drehzahl des Motors, wobei die Einspritzmengenberechnungssteuereinrichtung auf der Grundlage der Last der Hydraulikpumpe und der Drehzahl des Motors einen Einspritzmengenbefehlswert bestimmt, der bei einem Anstieg der Last der Hydraulikpumpe oder bei einer Abnahme der Drehzahl des Motors eine Verringerung der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit veranlaßt, und die elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung ferner eine Einspritzzeitpunktsteuereinrichtung für eine derartige Steuerung umfaßt, daß der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion unabhängig von der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit nicht wesentlich verändert wird.

Durch eine derartige Steuerung der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit und des Zeitpunkts des Beginns der Kraftstoffeinspritzung in Kombination mit einer Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge kann eine Steuerung zur Verzögerung des Zeitpunkts ausgeführt werden, zu dem die Einspritzgeschwindigkeit einen Spitzenwert erreicht, bei der jedoch der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung nicht verändert wird, wenn die Last der Hydraulikpumpe (die Motorlast) zunimmt. Dadurch wird die Ausführung einer Steuerung ermöglicht, die einer Verzögerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts entspricht, wobei die Veränderung des Winkelbereichs der Kraftstoffeinspritzperiode in bezug auf den Drehwinkel des Motors minimiert wird. Dementsprechend kann eine Steuerung des Einspritzzeitpunkts ausgeführt werden, während die Kraftstoffeinspritzperiode in einem optimalen Winkelbereich gehalten wird, und die Verbrennung kann hinsichtlich Punkten wie der Unterdrückung der Erzeugung von NO_x und schwarzem Rauch weiter verbessert werden.

5. Ferner wird durch die vorliegende Erfindung zur Lösung der zweiten Aufgabe ein Motorsteuersystem für eine Baumaschine mit einem Dieselmotor und einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Steuern der in den Motor eingespritzten Kraftstoffmenge geschaffen, wobei das Motorsteuersystem eine Einrichtung zur Erfassung der Last des Motors, eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Motors und eine Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung zum Ausführen einer derartigen Steuerung auf der Grundlage der Last des Motors und der Drehzahl des Motors umfaßt, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge bei einer Steigerung der Last des Motors oder bei einer Verringerung der Drehzahl des Motors verringert wird und daß der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion unabhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht wesentlich verändert wird.

Durch dieses Merkmal kann, ähnlich wie gemäß dem vorstehend aufgeführten Punkt (4), eine Steuerung ausgeführt werden, die einer Verzögerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts entspricht, wobei die Änderung des Winkelbereichs der Kraftstoffeinspritzperiode in bezug auf den Drehwinkel des Motors minimiert wird. Dementsprechend kann eine Steuerung des Einspritzzeitpunkts ausgeführt werden, bei der die Kraftstoffeinspritzperiode in einem optimalen Winkelbereich gehalten wird, und die Verbrennung kann hinsichtlich Gesichtspunkten wie der Unterdrückung der Erzeugung von NO_x und schwarzem Rauch weiter verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das den Gesamtaufbau eines Motorsteuersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Hydraulikkreis und einem Pumpensteuersystem zeigt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Reglerabschnitts einer Hydraulikpumpe;
3 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung schematisch zeigt;
4 ist eine Ansicht, die Einzelheiten einer Einspritzpumpe zeigt;
5 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit auf der Grundlage einer Steuerung vor dem Hub;
6 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Folge von Verarbeitungsschritten einer Pumpensteuerung zeigt;
7 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Folge von Verarbeitungsschritten einer Motorsteuerung zeigt;
8 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Folge von Verarbeitungsschritten eines Blocks zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit in der Motorsteuerung zeigt;
Die 9A bis 9D sind Diagramme, die Kraftstoffeinspritzmuster zeigen;
10 ist ein Diagramm, das den Gesamtaufbau eines Motorsteuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Hydraulikkreis und einem Pumpensteuersystem zeigt; und
11 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Folge von Verarbeitungsschritten einer Pumpensteuerung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 Hydraulikpumpen mit verstellbarem Verdrängungsvolumen. Die Hydraulikpumpen 1, 2 sind jeweils über Ventileinheiten 3, 4 mit Stellgliedern 5, 6 verbunden, und die Stellglieder 5, 6 werden durch von den Hydraulikpumpen 1, 2 gefördertes Hydraulikfluid angetrieben. Die Stellglieder 5, 6 sind Hydraulikzylinder zum Bewegen beispielsweise eines Auslegers, eines Arms, etc., die einen Arbeitsaufbau eines hydraulischen Baggers bilden, und durch Ansteuern der Stellglieder 5, 6 wird eine vorgegebene Arbeit ausgeführt. Die Befehle zum Antreiben der Stellglieder 5, 6 werden von Steuerhebeleinheiten 33, 34 angelegt, und die Ventileinheiten 3, 4 werden bei einer Manipulation der Steuerhebeleinheiten 33, 34 betätigt.
Die Hydraulikpumpen 1, 2 sind beispielsweise Taumelscheibenpumpen, bei denen die Neigungen der Taumelscheiben 1a, 1b, die als Mechanismen zum Verstellen des Verdrärigungsvolumens dienen, zur Steuerung jeweiliger Pumpenfördermengen durch Regler 7, 8 gesteuert werden.
9 bezeichnet eine Steuerpumpe mit festem Verdrängungsvolumen, die als Quelle zur Erzeugung eines Steuerdrucks dient und ein hydraulisches Drucksignal erzeugt und Hydraulikfluid zur Steuerung fördert.
Die Hydraulikpumpen 1, 2 und die Steuerpumpe 9 sind mit einer Ausgangswelle 11 eines Primärantriebs 10 gekoppelt und werden von dem Primärantrieb 10 drehend angetrieben. Der Primärantrieb 10 ist ein Dieselmotor und enthält eine elektronische Kraftstoffein spritzvorrichtung 12. Die Solldrehzahl des Primärantriebs 10 wird von einer Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 vorgegeben.
Die Regler 7, 8 der Hydraulikpumpen 1, 2 umfassen jeweils Neigungsstellglieder 20, 20, erste Stellventile 21, 21 zur positiven Neigungssteuerung und zweite Stellventile 22, 22 zur Eingangsdrehmomentbegrenzungssteuerung. Die Stellventile 21, 22 steuern die auf die Neigungsstellglieder 20 einwirkenden Hydraulikfluiddrücke von der Steuerpumpe 9.
Die Regler 7, 8 der Hydraulikpumpen 1, 2 sind in 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Neigungsstellglieder 20 umfassen jeweils einen Betätigungskolben 20c mit einem Druckaufnahmeabschnitt 20a mit großem Durchmesser und einem Druckaufnahmeabschnitt 20b mit kleinem Durchmesser an seinen gegenüberliegenden Enden und Druckaufnahmekammern 20d, 20e, in denen jeweils die Druckaufnahmeabschnitte 20a, 20b angeordnet sind. Wenn die Drücke in den beiden Druckaufnahmekammern 20d, 20e übereinstimmen, wird der Betätigungskolben 20c aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen der Druckaufnahmeabschnitte 20a, 20b gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, worauf die Neigung der Taumelscheibe 1a bzw. 2a verringert wird, wodurch die Fördermenge der Pumpe reduziert wird. Wenn der Druck in der Druckaufnahmekammer 20d auf der Seite mit dem großen Durchmesser abnimmt, wird der Betätigungskolben 20c gemäß der Zeichnung nach links bewegt, worauf die Neigung der Taumelscheibe 1a bzw. 2a vergrößert wird, wodurch die Fördermenge der Pumpe gesteigert wird. Ferner ist die Druckaufnahmekammer 20d auf der Seite mit dem großen Durchmesser über das erste und das zweite Stellventil 21, 22 mit einer Förderleitung der Steuerpumpe 9 verbunden, wogegen die Druckauf nahmekammer 20e auf der Seite mit dem kleinen Durchmesser direkt mit der Förderleitung der Steuerpumpe 9 verbunden ist.
Die ersten Stellventile 21 für die positive Neigungssteuerung werden jeweils durch den Steuerdruck von einem elektromagnetischen Steuerventil 30 bzw. 31 betätigt. Wenn der Steuerdruck hoch ist, wird ein Ventilkörper 21a gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wodurch der Steuerdruck von der Steuerpumpe 9 an die Druckaufnahmekammer 20d übertragen wird, ohne verringert zu werden, wodurch die Fördermenge der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 verringert wird. Wird der Steuerdruck verringert, wird der Ventilkörper 21a durch die Kraft einer Feder 21b gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wodurch der Steuerdruck von der Steuerpumpe 9 an die Druckaufnahmekammer 20d übertragen wird, nachdem er reduziert wurde, wodurch die Fördermenge der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 gesteigert wird.
Die zweiten Stellventile 22 für die Steuerung zur Verringerung des Eingangsdrehmoments sind jeweils Ventile, die durch die Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1 und 2 und einen Steuerdruck von einem elektromagnetischen Steuerventil 32 betätigt werden. Die Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1 und 2 und der Steuerdruck von dem elektromagnetischen Steuerventil 32 werden jeweils in die Druckaufnahmekammern 22a, 22b, 22c von Betätigungstreibern eingeleitet. Wenn die durch die Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1 und 2 gegebene Summe der hydraulischen Druckkräfte kleiner als ein eingestellter Wert ist, der durch die Differenz zwischen der elastischen Kraft einer Feder 22d und der durch den in die Druckaufnahmekammer 22c eingeleiteten Steuerdruck gegebenen hydraulischen Druckkraft bestimmt wird, wird der Ventilkörper 22e gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wodurch der Steuerdruck von der Steuerpumpe 9 nach seiner Verringerung an die Druckaufnahmekammer 20d übertragen wird, wodurch die Fördermenge der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 erhöht wird. Wenn die durch die Förderdrücke der hydraulischen Pumpen 1 und 2 gegebene Summe der hydraulischen Druckkräfte den eingestellten Wert übersteigt, wird der Ventilkörper 22e gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wodurch der Steuerdruck von der Steuerpumpe 9 an die Druckaufnahmekammer 20d übertragen wird, ohne verringert zu werden, wodurch die Fördermenge der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 reduziert wird. Wenn der Steuerdruck von dem elektromagnetischen Steuerventil 32 niedrig ist, wird ferner der eingestellte Wert erhöht, so daß eine Verringerung der Fördermenge der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 von einem verhältnismäßig hohen Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 beginnt, und wenn der Steuerdruck von dem elektromagnetischen Steuerventil 32 steigt, wird der eingestellte Wert verringert, so daß eine Verringerung der Fördermenge der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 von einem verhältnismäßig niedrigen Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 bzw. 2 beginnt.
Die elektromagnetischen Steuerventile 30, 31 werden (wie nachstehend beschrieben) betätigt, um die von ihnen ausgegebenen Steuerdrücke zu maximieren, wenn sich die Steuerhebeleinheiten 33, 34 in den neutralen Stellungen befinden, und bei einer Manipulation der Steuerhebeleinheiten 33, 34 die von ihnen ausgegebenen Steuerdrücke bei einer Steigerung der jeweiligen Eingangsgrößen, mit denen die Steuerhebeleinheiten 33, 34 manipuliert werden, zu verringern. Das elektromagnetische Steuerventil 32 wird (wie nachstehend beschrieben) betätigt, um den von ihm ausgegebenen Steuerdruck zu verringern, wenn die durch ein von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 ausgegebenes Gaspedalsignal vorgegebene Solldrehzahl (???).
Wie vorstehend erläutert, werden die Neigungen der Hydraulikpumpen 1, 2 bei einer Erhöhung der Eingangsgrößen der Steuerhebeleinheiten 33, 34 so gesteuert, daß die Fördermengen der Hydraulikpumpen 1, 2 gesteigert werden, um die Fördermengen zu liefern, die den erforderlichen Strömungsmengen der Ventileinheiten 3, 4 entsprechen. Zudem werden die Neigungen der Hydraulikpumpen 1, 2 bei einem Anstieg der Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 oder bei einer Verringerung der von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 eingegebenen Solldrehzahl so gesteuert, daß die maximalen Werte der Fördermengen der Hydraulikpumpen 1, 2 auf kleinere Werte begrenzt werden, um zu verhindern, daß die Last der Hydraulikpumpe 1 das Ausgangsdrehmoment des Primärantriebs 10 übersteigt.
In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 40 eine Pumpensteuerung und 50 eine Motorsteuerung.
Die Pumpensteuerung 40 empfängt die Erfassungssignale von den Drucksensoren 41, 42, 43, 44 und den Positionssensoren 45, 46 sowie das Gaspedalsignal von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35. Nach dem Ausführen einer vorgegebenen Verarbeitung gibt die Pumpensteuerung 40 Steuerströme an die elektromagnetischen Steuerventile 30, 31, 32 und ein Motorlastdrehmomentsignal an die Motorsteuerung 50 aus.
Die Steuerhebeleinheiten 33, 34 gehören dem Typ mit hydraulischer Steuerung an, erzeugen einen Steuerdruck und geben diesen als Betätigungssignal aus. In jeweiligen Steuerschaltungen der Steuerhebeleinheiten 33, 34 sind Wechselventile 36, 37 zur Erfassung der Steuerdrücke vorgesehen, und die Drucksensoren 41, 42 erfassen elektrisch die jeweiligen, von den Wechselventilen 36, 37 erzeugten Steuerdrücke. Ebenso erfassen die Drucksensoren 43, 44 elektrisch die jeweiligen Förderdrücke der der Hydraulikpumpen 1, 2, und die Positionssensoren 45, 46 erfassen elektrisch die jeweiligen Neigungen der Taumelscheiben 1a, 2a der Hydraulikpumpen 1, 2.
Die Motorsteuerung 50 empfängt nicht nur das Gaspedalsignal von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 und das Motorlastdrehmomentsignal von der Pumpensteuerung 40, aber auch Erfassungssignale von einem Drehzahlsensor 51, einem Verbindungspositionssensor 52 und einem Führungswinkelsensor 53. Nach dem Ausführen einer vorgegebenen Verarbeitung gibt die Motorsteuerung 50 Steuerströme an ein Reglerstellglied 54, ein Taktgeberstellglied 55 und ein Vorhubstellglied 70 aus. Der Drehzahlsensor 51 erfaßt die Drehzahl des Motors 10.
3 zeigt eine Skizze einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung 12 und eines Steuersystems für diese. Gemäß 3 umfaßt die elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung 12 eine Einspritzpumpe 56, eine Einspritzdüse 57 und einen Regelmechanismus 58 für jeden Zylinder des Motors 10. Die Einspritzpumpe 56 umfaßt im wesentlichen einen Kolben 61 und eine Zeitregelungshülse 62, in der der Kolben 61 vertikal beweglich ist. Wenn eine Nockenwelle 59 gedreht wird, drückt eine an der Nockenwelle 59 montierte Nocke 60 den Kolben 61 nach oben, worauf der Kraftstoff bei der Drehung komprimiert wird. Der komprimierte Kraftstoff wird zu einer Düse 57 befördert und in den Motorzylinder eingespritzt. Die Nockenwelle 59 wird zusammen mit einer Kurbelwelle des Motors 10 gedreht.
Die Nocke 60 ist eine konkave Nocke und dient dem Aufwärtsdrücken des Kolbens 61 zum Komprimieren des Kraftstoffs. Andererseits wird die Zeitregelungshülse 62 von dem Vorhubstellglied 70 vertikal bewegt. Durch die Kombination von Nocke 60 und Vorhubstellglied 70 wird die Einspritzgeschwindigkeit gesteuert (wie nachstehend beschrieben).
Ebenso umfaßt der Regelmechanismus 58 das Reglerstellglied 54 und einen Verbindungsmechanismus 64, dessen Position durch das Reglerstellglied 54 gesteuert wird. Der Verbindungsmechanismus 64 dreht den Kolben, um die Positionsbeziehung 61 zwischen einer im Kolben 61 vorgesehenen Leitung 73 (siehe 4) und einer in der Zeitregelungshülse 62 ausgebildeten Kraftstoffeinlaßöffnung 74 (siehe 4) zu verändern, wodurch der effektive Verdichtungshub des Kolbens 61 zur Einstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge verändert wird. Der Verbindungspositionssensor 52 ist zur Erfassung der Verbindungsposition im Verbindungsmechanismus vorgesehen. Das Reglerstellglied 54 ist beispielsweise ein Elektromagnet.
Ferner umfaßt die elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung 12 das Zeitregelungsstellglied 55, das zur Phaseneinstellung zur Einstellung des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung einen Führungswinkel der Nockenwelle 59 in bezug auf die Drehung einer mit der Kurbelwelle gekoppelten Welle 65 vorstellt. Aufgrund der Notwendigkeit der Übertragung eines Antriebsdrehmoments an die Einspritzpumpe 56 muß das Zeitregelungsstellglied 55 eine große, für die Phaseneinstellung ausreichende Kraft erzeugen. Aus diesem Grund umfaßt das Zeitregelungsstellglied 55 ein in es eingebautes, hydraulisches Stellglied und weist ein elektromagnetisches Steuerventil 66 zum Umwandeln des Steuerstroms von der Motorsteuerung 50 in ein hydraulisches Drucksignal und zum hydraulischen Vorstellen des Führungswinkels der Nockenwelle 59 auf. Der Drehzahlsensor 51 ist zur Erfassung der Drehzahl der Welle 65 vorgesehen, und der Führungswinkelsensor 53 ist zur Erfassung der Drehzahl der Nockenwelle 59 vorgesehen.
4 zeigt Einzelheiten der Einspritzpumpe 56. In dem Kolben 61 sind eine Einsaugöffnung 72 und die mit einer Hochdruckkammer 71 verbundene Leitung 73 ausgebildet, und die Kraftstoffeinlaßöffnung 74 ist in der Zeitregelungshülse 62 ausgebildet. Die Zeitregelungshülse 62 ist in einer Kraftstoffkammer 75 angeordnet, und ein Kolben 61 wird in die Zeitregelungshülse 62 eingeführt. Das Vorhubstellglied 70 ist über einen Steuerstab 76 mit der Zeitregelungshülse 62 gekoppelt, wodurch die Zeitregelungshülse 62 zur variablen Steuerung eines Vorhubs (einer Hubgröße vor dem Beginn des Einspritzens) in bezug auf den Kolben 61 vertikal einstellbar ist. Genauer wird als Reaktion auf eine Veränderung der vertikalen Position der Zeitregelungshülse 62 eine Hubposition verändert, bei der die Einsaugöffnung 72 geschossen wird, wenn sich der Kolben 61 nach oben bewegt, und dadurch wird auch der Vorhub verändert. Hierbei zieht ein kürzerer Vorhub den Zündzeitpunkt vor, und ein längerer Vorhub verzögert den Einspritzzeitpunkt. 77 bezeichnet einen Zylinder und 78 eine Kurbelwelle.
5 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit auf der Grundlage einer Kombination aus der konkaven Nocke 60 und der Vorhubsteuerung.
Die konkave Nocke 60 weist ein modifiziertes Profil auf, das durch Aushöhlen eines Teils der Nocke erhalten wird, wie durch einen schraffierten Bereich dargestellt. Durch derartiges Formen der konkaven Nocke 60, daß sie ein solches modifiziertes Profil aufweist, hat die Fluidzufuhrmenge in bezug auf den Nockenwinkel (die Motordrehung) eine Kennlinie mit einem sanft ansteigenden Bereich C 1 und einem steil ansteigenden Bereich C2. Durch Kombinieren einer derartigen Kennlinie mit einer Steuerung, durch die der Einspritzzeitpunkt auf der Grundlage einer Veränderung der Vorhubgröße verändert werden kann, wird der verwendete Bereich der Kraftstoffzufuhrkennlinie verändert, wie durch A, B, C dargestellt, und die Ein spritzgeschwindigkeit wird ebenfalls dementsprechend verändert. Anders ausgedrückt, werden bei der raschen Hubverdrängung im Bereich A eine hohe Einspritzgeschwindigkeit, bei der langsamen Hubverdrängung im Bereich C eine niedrige Einspritzgeschwindigkeit und im Bereich B eine mittlere Einspritzgeschwindigkeit erzielt.
6 zeigt eine Folge von Verarbeitungsschritten der Pumpensteuerung 40 in Form eines funktionalen Blockdiagramms. Gemäß 6 werden die Erfassungssignale (die Steuerhebelsensorsignale P1 und P2) von den Drucksensoren 41, 42 durch Sollneigungsberechnungsblöcke 40a, 40b in Sollneigungen θ₀₁, θ₀₂ der Hydraulikpumpen 1, 2 und anschließend durch Stromwertberechnungsblöcke 40c, 40d in Stromwerte I₁, I₂ umgewandelt. Die den Stromwerten I₁, I₂ entsprechenden Steuerströme werden an die elektromagnetischen Steuerventile 30, 31 ausgegeben.
Hierbei werden die Beziehungen zwischen den durch die Sensorsignale P1, P2 repräsentierten Steuerdrücken und den Sollneigungen θ₀₁, θ₀₂ in den Blöcken 40a, 40b so eingestellt, daß die Sollneigungen θ₀₁, θ₀₂ bei einer Zunahme der Steuerdrücke zunehmen. Die Beziehungen zwischen den Sollneigungen θ₀₁, θ₀₂ und den Stromwerten I₁, I₂ werden in den Blöcken 40c, 40d so eingestellt, daß die Stromwerte I₁, I₂ bei einer Zunahme der Sollneigungen θ₀₁, θ₀₂ steigen. Durch diese Einstellungen werden die elektromagnetischen Steuerventile 30, 31, wie vorstehend erwähnt, so betätigt, daß die von ihnen ausgegebenen Steuerdrücke maximiert werden, wenn sich die Steuerhebeleinheiten 33, 34 in den neutralen Positionen befinden, und die von ihnen ausgegebenen Steuerdrücke bei einer Steigerung der jeweiligen Eingangsgrößen, um die die Steuerhebeleinheiten 33, 34 manipuliert werden, verringert werden, wenn die Steuerhebeleinheiten 33, 34 manipuliert werden.
Ebenso wird das Gaspedalsignal von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 von einem Block 40e zur Berechnung des maximalen Drehmoments in ein zulässiges maximales Drehmoment Tp und dann von einem Stromwertkonverter 40f in einen Stromwert I₃ umgewandelt. Ein dem Stromwert I₃ entsprechender Steuerstrom wird an das elektromagnetische Steuerventil 32 ausgegeben. Die Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 wird von einem Bediener manipuliert, und das Gaspedalsignal wird abhängig von den Bedingungen ausgewählt, unter denen der Bediener die Maschine einsetzt, wodurch die Solldrehzahl vorgegeben wird.
Hierbei wird die Beziehung zwischen dem Gaspedalsignal und dem zulässigen maximalen Drehmoment Tp im Block 40e so eingestellt, daß das zulässige maximale Drehmoment Tp zunimmt, wenn die durch das Gaspedalsignal repräsentierte Solldrehzahl höher wird. Die Beziehung zwischen dem zulässigen maximalen Drehmoment Tp und dem Stromwert I₃ wird im Block 40f so eingestellt, daß der Stromwert I₃ zunimmt, wenn das zulässige maximale Drehmoment Tp zunimmt. Durch diese Einstellungen wird das elektromagnetische Steuerventil 32 so betätigt, daß der von ihm ausgegebene Steuerdruck verringert wird, wenn die durch das Gaspedalsignal von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 repräsentierte Solldrehzahl höher wird.
Ferner werden das Erfassungssignal vom Positionssensor 45 (das Neigungssignal θ₁ von der Hydraulikpumpe 1) und das Erfassungssignal vom Drucksensor 43 (das Förderdrucksignal P_D1 der Hydraulikpumpe 1) in einen Drehmomentberechnungsblock 40g eingegeben, wogegen das Erfassungssignal von dem Positionssensor 46 (das Neigungssignal θ₂ der Hydraulikpumpe 2) und das Erfassungssignal vom Drucksensor 44 (das Förderdrucksignal P_D2 der Hydraulik pumpe 2) in einen Drehmomentberechnungsblock 40h eingegeben werden. Die Lastdrehmomente T_r1, T_r2 der Hydraulikpumpen 1, 2 werden von diesen Blöcken 40g, 40h anhand der folgenden Formeln berechnet: Tr1 = K·θ1·PD1 TR2 = K·θ2·PD2 (K: konstant)
Die Lastdrehmomente T_r1 und T_r2 werden in einer Addiereinrichtung 40i addiert, um die Summe der Lastdrehmomente der Hydraulikpumpen 1, 2 zu bestimmen. Die Summe der Lastdrehmomente wird als Motorlastdrehmomentsignal T an die Motorsteuerung 50 ausgegeben.
7 zeigt eine Folge von Verarbeitungsschritten der Motorsteuerung 50 in Form eines funktionalen Blockdiagramms. Gemäß 7 werden das Gaspedalsignal von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35, das Erfassungssignal von dem Drehzahlsensor 51 (das Motordrehzahlsignal) und das Erfassungssignal von dem Verbindungspositionssensor 52 (das Verbindungspositionssignal) von einem Block 50a zur Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge in einen die einzuspritzende Kraftstoffmenge vorgebenden Befehl umgewandelt. Ein dem die einzuspritzende Kraftstoffmenge vorgebenden Befehl entsprechender Steuerstrom wird an das Reglerstellglied 54 ausgegeben. Die im Block 50a zur Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge ausgeführte Verarbeitung ist bekannt. Genauer wird die Verbindungsposition des Verbindungsmechanismus 64 so eingestellt, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht wird, wenn entweder die durch das Gaspedalsignal repräsentierte Solldrehzahl oder die vom Drehzahlsensor 52 erfaßte Motordrehzahl so verändert wird, daß sich eine Drehzahlabweichung ΔN, die sich aus einer Subtraktion der erfaßten Drehzahl von der Solldrehzahl ergibt, in der positiven Richtung erhöht. Andererseits wird die Verbindungsposition des Verbindungsmechanismus 64 bei einer Abnahme der Drehzahlabweichung ΔN in der negativen Richtung so eingestellt, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge verringert wird. Das Verbindungspositionssignal wird für die Rückführsteuerung verwendet.
Ferner werden das Erfassungssignal von dem Drehzahlsensor 51 (das Motordrehzahlsignal), das Motorlastdrehmomentsignal T von der Pumpensteuerung 40 und das Erfassungssignal von dem Führungswinkelsensor 53 (das Führungswinkelsignal) in einem Block 50b zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit in einen Vorhubsteuerbefehl und einen Befehl für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt umgewandelt. Dem Vorhubsteuerbefehl und dem Befehl für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt entsprechende Steuerströme werden jeweils an das Vorhubstellglied 70 und das elektromagnetische Steuerventil 66 des Zeitregelungsstellglied 55 ausgegeben.
8 zeigt eine Folge von Verarbeitungsschritten des Blocks 50b zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit genauer. Gemäß 8 werden das Erfassungssignal von dem Drehzahlsensor 51 (das Motordrehzahlsignal) und das Motorlastdrehmomentsignal T von der Pumpensteuerung 40 in einen Block 50c zur Auswahl des Einspritzgeschwindigkeitsmusters eingegeben, in dem in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und dem Lastdrehmoment des Motors ein Einspritzgeschwindigkeitsmuster ausgewählt wird.
In Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und dem Lastdrehmoment des Motors werden die drei in den 9A bis 9D dargestellten Muster A, B, C als Einspritzgeschwindigkeitsmuster eingestellt. Die Muster A, B, C sind so definiert, daß der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion (der Drehwinkel) bei allen Mustern im wesentlichen übereinstimmt und die Kraftstoffeinspritzge schwindigkeit in der Reihenfolge der Muster A, B, C abnimmt. Ist, wie in 9A gezeigt, eine konstante Motordrehzahl gegeben, werden bei einem niedrigen Lastdrehmoment (einer geringen Last) das Muster A (eine hohe Einspritzgeschwindigkeit), bei einem mittleren Lastdrehmoment (einer mittleren Last) das Muster B (eine mittlere Einspritzgeschwindigkeit) und bei einem hohen Lastdrehmoment (einer hohen Last) das Muster C (eine hohe Einspritzgeschwindigkeit) ausgewählt. Ist, wie in den 9A, 9B und 9C gezeigt, ein konstantes Lastdrehmoment gegeben, wird selbst bei einer geringen Last das Muster B mit der mittleren Einspritzgeschwindigkeit oder das Muster C mit der niedrigen Einspritzgeschwindigkeit ausgewählt, wenn die Drehzahl des Motors abnimmt. Anders ausgedrückt wird bei einem Anstieg des Motorlastdrehmoments oder bei einer Abnahme der Motordrehzahl das Einspritzgeschwindigkeitsmuster in der Reihenfolge des Musters A (der hohen Einspritzgeschwindigkeit), des Musters B (der mittleren Einspritzgeschwindigkeit) und des Musters C (der geringen Einspritzgeschwindigkeit) ausgewählt.
Wenn im Block 50c zur Auswahl des Einspritzgeschwindigkeitsmusters das Einspritzgeschwindigkeitsmuster ausgewählt ist, wird in einem Block 50d zur Berechnung einer gesteuerten Vorhubgröße die zum Erzielen der Einspritzgeschwindigkeit erforderliche gesteuerte Vorhubgröße berechnet. Die gesteuerte Vorhubgröße wird in einen als Vorhubsteuerbefehl dienenden Steuerstrom umgewandelt, der an das Vorhubstellglied 70 übertragen wird.
Da die Vorhubsteuerung zum Verändern der Einspritzgeschwindigkeit andererseits eine Veränderung des Einspritzzeitpunkts begleitet, muß der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion (der Drehwinkel) im wesentlichen unverändert gehalten werden, um die Muster A, B, C zu realisieren. Ein Block 50e zur Berechnung des Solleinspritzzeitpunkts berechnet daher eine Modifikationsgröße für den Einspritzzeitpunkt zur Modifikation der durch die Vorhubsteuerung veranlaßten Veränderung des Einspritzzeitpunkts und zum ständigen Konstanthalten des Zeitpunkts des Beginns der Kraftstoffinjektion (des Drehwinkels) und addiert die Modifikationsgröße zur Bestimmung eines Solleinspritzzeitpunkts zum Grundeinspritzzeitpunkt.
Von einer Subtraktionseinrichtung 50f wird eine Abweichung zwischen dem Solleinspritzzeitpunkt und dem Erfassungssignal von dem Führungswinkelsensor 53 (dem Führungswinkelsignal) bestimmt, und ein Block zur Berechnung eines Befehlswerts berechnet einen Befehlswert für den Einspritzzeitpunkt. Der Befehlswert für den Einspritzzeitpunkt wird in einen Steuerstrom umgewandelt, der an das elektromagnetische Steuerventil 66 des Zeitregelungsstellglieds 55 ausgegeben wird.
Daher wird die Einspritzgeschwindigkeit, wie vorstehend erläutert, entsprechend dem in der Reihenfolge der Muster A (hohe Einspritzgeschwindigkeit), B (mittlere Einspritzgeschwindigkeit) und C (geringe Einspritzgeschwindigkeit) ausgewählten Einspritzgeschwindigkeitsmuster gesteuert (siehe 9). Dadurch wird der Zeitpunkt, zu dem die Einspritzgeschwindigkeit einen Spitzenwert erreicht, in der Reihenfolge der Muster A, B, C verzögert. Dadurch wird eine Wirkung erzielt, die der durch eine Verzögerung des Kraftspritzeinspritzzeitpunkts bei einem Anstieg des Lastdrehmoments des Motors realisierten entspricht. Da zudem der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion bei sämtlichen Mustern im wesentlichen der Gleiche ist, ist auch der Zeitpunkt des Endes der Kraftstoffinjektion bei sämtlichen Mustern im wesentlichen der Gleiche, und eine Veränderung des Winkelbereichs der Kraftstoffeinspritzperiode in bezug auf den Drehwinkel des Motors wird minimiert. Dementsprechend kann eine Steuerung des Einspritzzeitpunkts ausgeführt werden, bei der die Kraftstoffeinspritzperiode in einem optimalen Winkelbereich gehalten wird.
Bei der so aufgebauten Ausführungsform berechnet die Pumpensteuerung 40 durch Berechnen der Lastdrehmomente T_r1, T_r2 der Hydraulikpumpen 1, 2 und anschließendes Summieren der berechneten Lastdrehmomente zur Bestimmung des Lastdrehmoments des Motors direkt und genau die auf den Motor aufgebrachte Last, und die Motorsteuerung 50 bestimmt das Einspritzgeschwindigkeitsmuster unter Verwendung des Motorlastdrehmoments und der Motordrehzahl. Der von der Motorlast und der Motordrehzahl abhängige Befehlswert für die Einspritzgeschwindigkeit (die gesteuerte Vorhubgröße) kann daher genau bestimmt werden. Zudem kann selbst bei einer häufigen Änderung der Fördermengen und der Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 während der Betätigung der Stellglieder 5 und 6 und bei Schwankungen der Gesamtlast der Hydraulikpumpen, d. h. der Motorlast, die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit mit einem guten Ansprechverhalten den Lastschwankungen entsprechend gesteuert werden. Dadurch ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit optimal zu steuern, eine verbesserte Verbrennung zu realisieren und die Motorleistung zu steigern.
Ferner wird bei der Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit gemäß dieser Ausführungsform das Einspritzgeschwindigkeitsmuster auf der Grundlage des Motorlastdrehmoments (des Gesamtlastdrehmoments der Hydraulikpumpen) so bestimmt, daß die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit verringert wird, wenn das Motorlastdrehmoment zunimmt oder die Motordrehzahl sinkt. Ebenso wird die Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit so ausgeführt, daß der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion unabhängig von der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit nicht wesentlich verändert wird. Daher kann eine Steuerung ausgeführt werden, bei der der Zeitpunkt verzögert wird, zu dem die Einspritzgeschwindigkeit einen Spitzenwert erreicht, der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion jedoch nicht verzögert wird, wenn das Lastdrehmoment des Motors zunimmt. Dadurch wird eine Steuerung ermöglicht, die einer Verzögerung des Zeitpunkts der Kraftstoffinjektion entspricht und bei der die Veränderung des Winkelbereichs der Kraftstoffeinspritzperiode in Bezug auf den Drehwinkel des Motors minimiert wird. Dementsprechend kann die Steuerung des Einspritzzeitpunkts ausgeführt werden, während die Kraftstoffeinspritzperiode in einem optimalen Winkelbereich gehalten wird. Es ist daher möglich, eine optimale Verbrennung zu erzielen, die Effizienz der Verbrennung und des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern, das Abgas zu reinigen und gleichzeitig die Erzeugung von NO_x und schwarzem Rauch zu unterdrücken und eine weiter verbesserte Motorleistung zu erzielen. Zudem können der Temperaturanstieg in der Brennkammer des Motors gering gehalten und die Zuverlässigkeit des Motors verbessert werden.
Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird das Lastdrehmoment der Hydraulikpumpe unter Verwendung einer Sollpumpenneigung berechnet. In den 10 und 11 sind mit den in den 1 bis 6 gezeigten übereinstimmende Elemente und Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß 10 sind bei dieser Ausführungsform keine Positionssensoren zur Erfassung der Neigungen der Taumelscheiben 1a, 2a der Hydraulikpumpen 1, 2 vorgesehen, und die Pumpensteuerung 40A empfängt lediglich die Erfassungssignale der Drucksensoren 41, 42, 43, 44 und das Gaspedalsignal von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35.
11 zeigt eine Folge von Verarbeitungsschritten der Pumpensteuerung 40A in Form eines funktionalen Blockdiagramms. Gemäß 11 entsprechen die jeweiligen Verarbeitungsschritte der Blöcke 40a, 40b zur Berechnung der Sollneigungen, der Blöcke 40c, 40d zur Berechnung der Stromwerte, des Blocks 40e zur Berechnung des maximalen Drehmoments und des Stromwertkonverters 40f den in 6 gezeigten gemäß der ersten Ausführungsform.
Die vom Block 40a zur Berechnung der Sollneigung berechnete Sollneigung θ₀₁ der Hydraulikpumpe 1 und das Erfassungssignal vom Drucksensor 43 (das Förderdrucksignal P_D1 der Hydraulikpumpe 1) werden in einen Block 40Ag zur Berechnung eines Drehmoments eingegeben, während die vom Block 40b zur Berechnung der Sollneigung berechnete Sollneigung θ₀₂ der Hydraulikpumpe 2 und das Erfassungssignal vom Drucksensor 44 (das Förderdrucksignal P_D2 der Hydraulikpumpe 2) in einen Block 40Ah zur Berechnung eines Drehmoments eingegeben werden. Die Lastdrücke T_r1, T_r2 der Hydraulikpumpen 1, 2 werden von den Blöcken 40Ag, 40Ah anhand der folgenden Formeln berechnet: Tr1 = K·θ·PD1 Tr2 = K·θ02·PD2 (K: konstant)
Die Lastdrücke T_r1, T_r2 werden in der Additionseinrichtung 40i addiert, um die Summe T_r12 der Lastdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 zu bestimmen. Das Gesamtpumpenlastdrehmoment T_r12 wird zusammen mit dem im Block 40e zur Berechnung des maximalen Drehmoments berechneten zulässigen maximalen Drehmoment Tp in einen Block 40j zur Auswahl des minimalen Werts eingegeben, der das kleinere der in ihn eingegebenen Drehmomente auswählt.
Wie vorstehend ausgeführt, werden die Neigungen der Hydraulikpumpen 1, 2 von den Reglern 7, 8 so gesteuert, daß die maximalen Werte der Fördermengen der Hydraulikpumpen 1, 2 bei einer Zunahme der Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 oder bei einer Abnahme der von der Gaspedalbetätigungseingabeeinheit 35 eingegebenen Solldrehzahl verringert werden, um zu verhindern, daß die Gesamtlast der Hydraulikpumpen 1, 2 das Ausgangsdrehmoment des Primärantriebs 10 übersteigt. Genauer werden die Neigungen der Hydraulikpumpen 1, 2 so gesteuert, daß sie die jeweiligen Sollneigungen zu diesem Zeitpunkt nicht übersteigen, wenn das Gesamtlastdrehmoment der Hydraulikpumpen 1, 2 das zulässige maximale Drehmoment Tp in einem Zustand übersteigt, in dem die in den Blöcken 40a, 40b zur Berechnung der Sollneigungen berechneten Sollneigungen θ₀₁, θ₀₂ der Hydraulikpumpen 1, 2 erhöht werden. Daher wird durch die Auswahl des kleineren Werts unter dem Gesamtpumpenlastdrehmoment T_r12 und dem zulässigen maximalen Drehmoment Tp durch den Block 40j zur Auswahl des minimalen Werts ein dem tatsächlichen Lastdrehmoment der Hydraulikpumpen 1, 2 entsprechender Wert bestimmt.
Das vom Block 40j zur Auswahl des minimalen Werts ausgewählte Lastdrehmoment wird als Motorlastdrehmomentsignal To an die Motorsteuerung 50 ausgegeben.
Da bei dieser Ausführungsform das Gesamtlastdrehmoment der Hydraulikpumpen 1, 2 (das Motorlastdrehmoment) unter Verwendung der Sollpumpenneigungen bestimmt wird, die Werte vor einer tatsächlichen Änderung der Fördermengen der der Hydraulikpumpen 1, 2 repräsentieren, wird das Ansprechverhalten bei der Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit entsprechend der durch Veränderungen der Fördermengen der Hydraulikpumpen 1, 2 verursachten Schwankungen der Motorlast weiter verbessert, die Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit kann mit höherer Genauigkeit erfolgen, und eine weitere Verbesserung der Verbrennung kann erzielt werden. Da auf die Positionssensoren zur Erfassung der Positionen der Taumelscheiben der Hydraulikpumpen 1, 2 verzichtet wird, kann das Steuersystem zudem zu geringeren Kosten realisiert werden.
Obwohl die Pumpensteuerung und die Motorsteuerung bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen getrennt voneinander vorgesehen sind, können die Steuereinheiten selbstverständlich als eine einzige Steuerung ausgeführt sein.
Obwohl die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit durch vorheriges Einstellen mehrerer Einspritzgeschwindigkeitsmuster bestimmt wird, kann auch eine dreidimensionale Darstellung der Motorlast, der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit erstellt werden, so daß anhand der Darstellung die der Motorlast und der Drehzahl des Motors entsprechende Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit berechnet werden kann.
Ferner wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Pumpe des sogenannten Reihentyps, bei der der Kolben durch die Nocke vorgedrückt wird, als Einspritzpumpe verwendet, und die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit wird durch eine Kombination aus der konkaven Nocke und der Vorhubsteuerung gesteuert. Die Einrichtung zur Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit ist jedoch nicht auf die dargestellte begrenzt, sondern kann abhängig vom Typ der verwendeten Einspritzpumpe, etc. in geeigneter Weise modifiziert werden. Bei einer Pumpe des Typs mit einer gerneinsamen Schiene kann die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit beispielsweise durch das Anlegen von Strom mit einer einem gewünschten Einspritzgeschwindigkeitsmuster entsprechenden Schwingungsform zu einem Steuerschieber eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils frei verändert werden.
Überdies werden die Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von den Drucksensoren 43, 44 direkt erfaßt. Da jedoch eine feste Beziehung zwischen den Lastdrücken der hydraulischen Stellglieder 5, 6 und den Förderdrücken der der Hydraulikpumpen 1, 2 besteht, können die Förderdrücke der Hydraulikpumpen 1, 2 auch durch Erfassen der Lastdrücke der hydraulischen Stellglieder 5, 6 und Schätzen ihrer Werte anhand der erfaßten Lastdrücke ermittelt werden.
Da die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit des Motors, wie vorstehend erwähnt, erfindungsgemäß durch Berechnen der genauen Last gesteuert wird, die auf den Motor aufgebracht wird, kann die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit mit einem guten Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit entsprechend den Lastschwankungen des Motors gesteuert werden. Dadurch ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit optimal zu steuern, eine verbesserte Verbrennung zu erzielen und die Motorleistung zu verbessern.
Da erfindungsgemäß ferner eine Kombination aus der Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit und der Steuerung des Einspritzzeitpunkts das Ausführen einer Steuerung ermöglicht, die einer Verzögerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts bei einer Zunahme der Motorlast entspricht, bei der jedoch die Veränderung des Winkelbereichs der Kraftstoffeinspritzperiode in bezug auf den Drehwinkel des Motors minimiert wird, kann eine Steuerung des Einspritzzeitpunkts ausgeführt werden, bei der die Kraftstoffeinspritzperiode innerhalb eines optimalen Winkelbereichs gehalten wird. Es ist daher möglich, eine optimale Verbrennung zu erzielen, die Effizienz der Verbrennung und des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern, das Abgas sauber zu halten, wobei die Erzeugung von NO_x und schwarzem Rauch unterdrückt wird, und eine weiter verbesserte Motorleistung zu erzielen. Zudem können der Temperaturanstieg in der Brennkammer des Motors gering gehalten und die Zuverlässigkeit des Motors verbessert werden.

Claims

Motorsystem für eine Baumaschine mit einem Dieselmotor (10) mit einem Steuersystem, mindestens einer von dem Motor (10) drehend angetriebenen Hydraulikpumpe (1, 2) mit verstellbarem Verdrängungsvolumen zum Antreiben mehrerer Stellglieder, einer Strömungsmengenvorgabeeinrichtung zur Vorgabe der Fördermenge der Hydraulikpumpe (1, 2) und einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung (12) zum Steuern der Menge des in den Motor (10) eingespritzten Kraftstoffs, wobei die elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung (12) ein Kraftstoffeinspritzmengensteuerstellglied zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge des Motors (10) aufweist und das Steuersystem umfaßt: eine erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Statusvariable der Hydraulikpumpe (1, 2), eine Lastberechnungseinrichtung zum Berechnen der Last der Hydraulikpumpe (1, 2) auf der Grundlage des von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßten Werts und eine Einspritzmengenberechnungssteuereinrichtung zur derartigen Betätigung des Kraftstoffeinspritzmengensteuerstellglieds, daß die resultierende Kraftstoffeinspritzmenge von der Last der Hydraulikpumpe (1, 2) abhängt.
Motorsystem für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Erfassungseinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung des Förderdrucks der Hydraulikpumpe (1, 2) und eine Einrichtung zur Erfassung einer Neigungsposition der Hydraulikpumpe (1, 2) umfaßt und die Lastberechungseinrichtung die Last der Hydraulikpumpe (1, 2) auf der Grundlage der von der Förderdruckerfassungseinrichtung und der Neigungspositionserfassungseinrichtung erfaßten Werte berechnet.
Motorsteuersystem für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Erfassungseinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung des Förderdrucks der Hydraulikpumpe (1,2) umfaßt und die Lastberechnungseinrichtung die Last der Hydraulikpumpe (1, 2) auf der Grundlage des von der Förderdruckerfassungseinrichtung erfaßten Werts und einer Sollneigung berechnet, die der von der Strömungsmengenvorgabeeinrichtung vorgegebenen Fördermenge der Hydraulikpumpe (1, 2) entspricht.
Motorsteuersystem für eine Baumaschine nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Drehzahl des Motors (10) umfaßt, wobei die Einspritzmengenberechnungssteuereinrichtung auf der Grundlage der Last der Hydraulikpumpe (1, 2) und der Drehzahl des Motors (10) einen Einspritzmengenbefehlswert bestimmt, der bei einem Anstieg der Last der Hydraulikpumpe (1, 2) oder bei einer Abnahme der Drehzahl des Motors (10) eine Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge veranlaßt, und die elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung (12) ferner eine Einspritzzeitpunktsteuereinrichtung für eine derartige Steuerung umfaßt, daß der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion unabhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht wesentlich verändert wird.
Motorsteuersystem für eine Baumaschine mit einem Dieselmotor (10) mit einem Steuersystem und einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung (12) zum Steuern der in den Motor (10) eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei das Motorsteuersystem umfaßt: eine Einrichtung zur Erfassung der Last des Motors (10), eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Motors (10) und eine Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung zum Ausführen einer derartigen Steuerung auf der Grundlage der Last des Motors (10) und der Drehzahl des Motors (10), daß die eingespritzte Kraftstoffmenge bei einer Steigerung der Last des Motors (10) oder bei einer Verringerung der Drehzahl des Motors (10) verringert wird und daß der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffinjektion unabhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht wesentlich verändert wird.